ในสาขาฟิสิกส์อนุภาค ทฤษฎีสตริงได้รวบรวมกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์
ข้ามไปที่มาตรา
- ทฤษฎีสตริงคืออะไร?
- แนวคิดหลัก 5 ข้อของทฤษฎีสตริง
- ประวัติโดยย่อของทฤษฎีสตริง
- เรียนรู้เพิ่มเติม
- เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ MasterClass ของ Neil deGrasse Tyson
นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชื่อดัง Neil deGrasse Tyson สอนวิธีค้นหาความจริงที่เป็นรูปธรรมและแบ่งปันเครื่องมือของเขาในการสื่อสารสิ่งที่คุณค้นพบ
เรียนรู้เพิ่มเติม
ทฤษฎีสตริงคืออะไร?
ทฤษฎีสตริงให้กรอบทฤษฎีที่อนุภาคทั้งหมด ตั้งแต่โฟตอนไปจนถึงควาร์ก เป็นสตริงที่มีมิติเดียวเมื่อเทียบกับจุดศูนย์ หากพบรุ่นของทฤษฎีสตริงที่จัดอยู่ในบริบททั้งหมด มันจะทำหน้าที่เป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เดียวสำหรับการอธิบายธรรมชาติของจักรวาล ซึ่งเป็นทฤษฎีของทุกสิ่งที่จะมาแทนที่แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ ซึ่งไม่ได้อธิบายแรงโน้มถ่วง
แนวคิดหลัก 5 ข้อของทฤษฎีสตริง
การทำความเข้าใจทฤษฎีสตริงอย่างละเอียดต้องอาศัยการศึกษาอย่างละเอียด แต่การทำความคุ้นเคยกับองค์ประกอบหลักของทฤษฎีสตริงจะทำให้คุณเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับแนวคิดหลักของทฤษฎีสตริงได้
- เครื่องสายและ branes : สตริงเป็นฟิลาเมนต์หนึ่งมิติที่มาในสองรูปแบบ: สตริงเปิดและสตริงปิด สตริงเปิดมีปลายที่ไม่เชื่อมต่อ ในขณะที่สตริงปิดจะสร้างลูปปิด Branes (มาจากคำว่า 'membrane') เป็นวัตถุที่มีลักษณะเป็นแผ่นๆ ซึ่งสามารถผูกเชือกไว้ที่ปลายทั้งสองข้างได้ Branes สามารถเคลื่อนที่ผ่านกาลอวกาศได้ตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม
- มิติเชิงพื้นที่เพิ่มเติม : นักฟิสิกส์ยอมรับว่าจักรวาลของเรามีสามมิติเชิงพื้นที่ แต่นักทฤษฎีสตริงโต้แย้งสำหรับแบบจำลองที่อธิบายมิติพิเศษของอวกาศ ในทฤษฎีสตริง จะตรวจไม่พบมิติเพิ่มเติมอย่างน้อย 6 มิติ เนื่องจากพวกมันถูกอัดแน่นจนกลายเป็นรูปร่างที่ซับซ้อนซึ่งเรียกว่าท่อร่วม Calabi-Yau
- แรงโน้มถ่วงควอนตัม : ทฤษฎีสตริงเป็นทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมเพราะมันพยายามรวมฟิสิกส์ควอนตัมเข้ากับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ฟิสิกส์ควอนตัมศึกษาวัตถุที่เล็กที่สุดในจักรวาล เช่น อะตอมและอนุภาคย่อยของอะตอม ในขณะที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมักเน้นที่วัตถุขนาดใหญ่กว่าในจักรวาล
- สมมาตรยิ่งยวด : ยังเป็นที่รู้จักกันในนามทฤษฎีซูเปอร์สตริง สมมาตรยิ่งยวดอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคสองประเภท คือ โบซอน และเฟอร์มิออน ในทฤษฎีสตริงสมมาตรยิ่งยวด โบซอน (หรืออนุภาคแรง) มักจะมีเฟอร์เมียนคู่กัน (หรืออนุภาคสสาร) และในทางกลับกัน แนวคิดเรื่องสมมาตรยิ่งยวดยังคงเป็นทฤษฎี เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ยังไม่เคยเห็นอนุภาคเหล่านี้เลย นักฟิสิกส์บางคนคาดการณ์ว่าเป็นเพราะต้องใช้ระดับพลังงานที่สูงอย่างไม่น่าเชื่อเพื่อสร้างโบซอนและเฟอร์มิออน อนุภาคเหล่านี้อาจมีอยู่ในเอกภพยุคแรกก่อนเกิดบิกแบง แต่จากนั้นก็ถูกแยกย่อยออกเป็นอนุภาคพลังงานต่ำที่เห็นในปัจจุบัน Large Hadron Collider (เครื่องชนอนุภาคพลังงานสูงที่สุดในโลก) ในบางจุดอาจสร้างพลังงานเพียงพอที่จะสนับสนุนทฤษฎีนี้ แม้ว่า ณ ตอนนี้ ยังไม่มีหลักฐานของสมมาตรยิ่งยวด
- รวมพลัง : นักทฤษฎีสตริงเชื่อว่าพวกเขาสามารถใช้สตริงที่มีปฏิสัมพันธ์เพื่ออธิบายว่าแรงพื้นฐานทั้งสี่ของธรรมชาติ—แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์อย่างแรง และแรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ—สร้างทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวของทุกสิ่งได้อย่างไร
ประวัติโดยย่อของทฤษฎีสตริง
ไทม์ไลน์ต่อไปนี้แสดงถึงความสำเร็จที่สำคัญในด้านทฤษฎีสตริง
- 2511 : Gabriele Veneziano นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอิตาลีที่ทำงานใน European Organization for Nuclear Research (CERN) ใช้ข้อมูลที่รวบรวมจากเครื่องเร่งอนุภาคต่างๆ เพื่อกำหนดรากฐานของทฤษฎีสตริง เขาสร้างแบบจำลองเรโซแนนซ์แบบดูอัลหลังจากตระหนักว่าเขาสามารถใช้สูตรฟังก์ชันออยเลอร์เบตาอายุ 200 ปีเพื่ออธิบายลักษณะทางกายภาพของอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรงได้
- 1970 : ชื่อ 'ทฤษฎีสตริง' ถูกสร้างขึ้นเมื่อนักฟิสิกส์สามคน—ลีโอนาร์ด ซัสคินด์, โฮลเกอร์ นีลเซ่น และโยอิจิโร นัมบุ—ซึ่งใช้แบบจำลองของเวเนเซียโนเพื่อแนะนำจักรวาลว่าประกอบด้วยสายที่สั่นสะเทือนเล็กๆ
- พ.ศ. 2514 : ศาสตราจารย์ฟิสิกส์เชิงทฤษฎี ปิแอร์ รามอนด์ ริเริ่มการพัฒนาทฤษฎีซูเปอร์สตริงโดยกำหนดแนวคิดเรื่องสมมาตรยิ่งยวด
- พ.ศ. 2517 : นักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่น Tamiaki Yoneya ค้นพบว่าทฤษฎีสตริงประกอบด้วยอนุภาคที่มีคุณสมบัติของกราวิตอน ซึ่งเป็นอนุภาคควอนตัมที่มีแรงโน้มถ่วง และตระหนักว่าแง่มุมต่างๆ ของทฤษฎีสตริงอาจเป็นทฤษฎีแรงโน้มถ่วงได้เช่นกัน
- พ.ศ. 2527 : นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Michael Green และนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน John Schwarz ค้นพบการยกเลิกความผิดปกติในทฤษฎีสตริงประเภทที่ 1 ซึ่งกลายเป็นที่รู้จักในชื่อกลไก Green-Schwarz เหตุการณ์นี้เชื่อมโยงแนวคิดทฤษฎีสตริงกับสมมาตรยิ่งยวด และเริ่มการปฏิวัติสตริงพิเศษครั้งแรก
- พ.ศ. 2528 : 'Princeton String Quartet'—David Goss, Jeffrey Harvey, Emil Martinec และ Ryan Rohm— ค้นพบสตริงที่ต่างกันซึ่งเป็นสตริงปิดที่เป็นลูกผสมของสตริงซูเปอร์สตริงและโบโซนิก
- 1995 : Edward Witten นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจาก Institute for Advanced Study ในพรินซ์ตัน รัฐนิวเจอร์ซีย์ เสนอแนะว่าทฤษฎีสตริงทั้ง 5 เวอร์ชันที่ยอมรับได้นั้นไม่ใช่ทฤษฎีที่แยกจากกัน Witten เสนอว่าพวกเขาเป็นเพียงขอบเขตที่แตกต่างกันของทฤษฎีเดียวที่ Witten เรียกว่า M-theory แนวคิดของทฤษฎี M เปิดตัวการปฏิวัติซูเปอร์สตริงครั้งที่สอง
ระดับผู้เชี่ยวชาญ
แนะนำสำหรับคุณ
ชั้นเรียนออนไลน์ที่สอนโดยจิตใจที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในโลก ขยายความรู้ของคุณในหมวดหมู่เหล่านี้
Neil deGrasse Tysonสอนการคิดเชิงวิทยาศาสตร์และการสื่อสาร
เรียนรู้เพิ่มเติม Dr. Jane Goodallสอนการอนุรักษ์
Chris Hadfield
สอนการสำรวจอวกาศ
เรียนรู้เพิ่มเติม Matthew Walkerสอนวิทยาศาสตร์การนอนหลับที่ดีขึ้น
เรียนรู้เพิ่มเติมเรียนรู้เพิ่มเติม
รับ สมาชิกรายปีมาสเตอร์คลาส สำหรับการเข้าถึงบทเรียนวิดีโอที่สอนโดยผู้เชี่ยวชาญด้านธุรกิจและวิทยาศาสตร์ รวมถึง Neil deGrasse Tyson, Chris Hadfield, Jane Goodall และอีกมากมาย
บทความที่น่าสนใจ
